4.6. Разрушение материалов.

Разрушение является заключительной стадией деформации материалов. Разрушения представляют собой разделение материалов на составные части. С точки зрения атомной структуры разрушение выглядит как разрыв межатомных связей. Разрыв может происходить двумя способами:

1. Под воздействием напряжений перпендикулярных плоскости разрыва – это разрыв со сколом или отрывом.

2. Под действием напряжений параллельных плоскости разрыва – это разрыв сдвигом или скольжением.

В реальных материалах обычно имеют места сразу оба вида разрыва. В зависимости от степени пластичности материала перед разрушением делят разрушение на вязкое и хрупкое. При вязком разрушении наблюдается значительная пластическая деформация материала перед разрушением. При этом разрыв межатомных связей происходит преимущественно сдвигом. При хрупком разрушении пластическая деформация значительно меньше, а разрыв межатомных связей происходит преимущественно отрывом. Чисто вязкое разрушение наблюдаются у следующей группы материалов: пластилин, глина, и т.д., хрупкое: стекло алмаз. Однако большинству материалов присуще одновременно оба вида разрушения, а подразделение на хрупкое и вязкое осуществляется по преобладающему механизму разрушения.

Вид разрушения характеризуются:

• Величиной работы разрушения.

• Видом трещины.

• Скоростью распространения трещины.

• Видом поверхности излома.

При вязком разрушении наблюдается большая работа разрушения, чем при хрупком. Работа разрушения пропорциональна площади под кривой растяжения. Чем площадь больше, тем больше работа, тем более вязкий материал и наоборот.

σ σ

S₁ S₁ >>> S₂

S₂

вяз. ε хр. ε

Хрупкое разрушение более опасное, чем вязкое. Обычно оно начинается с некоторого дефекта: царапина, поры, выбоины, загрязнения сварного шва, технологических отверстий и изгибов. Хрупкое разрушение происходит в три стадии:

1. Зарождение микротрещины на дефектах

2. Рост микротрещины до критических размеров.

3. Распространение трещины через весь образец, т.е. возникновение маштральной трещины, делящей образец на части.

Третья стадия происходит самопроизвольно без дополнительного деформирования образца. Трещина растет за счет упругой энергии, накопленной на предыдущем этапе деформирования образца. Скорость распространения такой трещины сравнима со скоростью звука в рассматриваемом образце.

При вязком разрушении скорость распространения трещины зависит от скорости деформирования.

Хрупкая трещина имеет малый угол раскрытия, т.е. является острой трещиной и как правило ветвится и наоборот.

Поверхность излома при хрупком разрушении блестит и под микроскопом обнаруживает платообразную структуру. Поверхность при вязком разрушении является матовой, а под микроскопом обнаруживаем волокнистую структуру.

У многих вязких материалов, в частности, металлов и сплавов при понижении температуры наблюдается смена преобладающего механизма разрушения: с вязкого на хрупкий. Это явление называется хладноломкостью. Стадия разрушения материала с момента появления первого повреждения может составлять до 90% долговечности конструкции.